基于Java反射機(jī)制及控制反轉(zhuǎn)的GUI框架設(shè)計(jì)

Java是目前最優(yōu)秀的軟件開(kāi)發(fā)語(yǔ)言之一，由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、面向?qū)ο?、跨平臺(tái)等優(yōu)越特性使它具有極強(qiáng)的生存力，并得到了廣泛的應(yīng)用。基于Java的圖形用戶界面（GUI）中，AWT是Java提供的用來(lái)建立和設(shè)置Java圖形用戶界面的第一代開(kāi)發(fā)工具。AWT由java.awt包提供,其中包含了許多可以用來(lái)建立與平臺(tái)無(wú)關(guān)的GUI類(lèi)。由于AWT組件占有系統(tǒng)資源較多，常把java.awt組件稱為重量級(jí)組件。Java Swing是Java Foundation Classes(JFC)的一部分，解決了AWT的很多缺點(diǎn)，相對(duì)于AWT，Swing是輕量級(jí)組件。Swing提供了許多比AWT更好的屏幕顯示元素，使用純Java寫(xiě)成，與Java一樣可以跨平臺(tái)運(yùn)行[1]。

圖形用戶界面（GUI）借助于多種組件，包括菜單、按鈕、文本框、選擇框、列表框等，通過(guò)相應(yīng)的事件處理機(jī)制，實(shí)現(xiàn)與用戶的動(dòng)態(tài)交互。

1 圖形用戶界面的建立

1.1 創(chuàng)建GUI窗口

javax.swing.JFrame類(lèi)是用來(lái)建立用戶界面的底層窗口容器，能夠容納其他組件的對(duì)象，如標(biāo)簽、按鈕、文本組件等。JFrame類(lèi)提供的add()方法把不同的組件添加到容器中，通過(guò)容器類(lèi)的setLayout()方法可以設(shè)定容器的布局，安排各種組件在容器中。

使用JFrame類(lèi)創(chuàng)建GUI窗口的基本步驟如下：用JFrame類(lèi)或其子類(lèi)創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象即窗體；設(shè)置窗口的部分屬性，如標(biāo)題、寬度、高度、可見(jiàn)性、圖標(biāo)等；添加內(nèi)容面板、組件；編寫(xiě)事件處理方法；組件添加事件監(jiān)聽(tīng)。

1.2 Java事件處理

在Java中，程序與用戶的交互通過(guò)響應(yīng)各種事件來(lái)實(shí)現(xiàn)。每當(dāng)一個(gè)事件發(fā)生，Java虛擬機(jī)就會(huì)將事件的消息傳遞給程序，由程序中的事件處理方法對(duì)事件進(jìn)行處理。Java通過(guò)委托型事件處理機(jī)制來(lái)解決對(duì)事件的響應(yīng)。
事件處理機(jī)制可表述如下[2]：事件源對(duì)象封裝了事件源、組件狀態(tài)等必要信息；當(dāng)事件源對(duì)象發(fā)生改變時(shí)，向它所注冊(cè)的所有監(jiān)聽(tīng)器發(fā)出通知，各監(jiān)聽(tīng)器判斷事件類(lèi)型是否為自己管轄范圍，若是，則通知給該監(jiān)聽(tīng)器的執(zhí)行器，執(zhí)行器從事件中獲取事件信息，并執(zhí)行相應(yīng)函數(shù)，改變組件的狀態(tài)。

1.3 傳統(tǒng)創(chuàng)建窗口和事件處理的局限性

在傳統(tǒng)的GUI創(chuàng)建過(guò)程中，存在一些局限性。

(1)組件創(chuàng)建、添加都采用硬編碼方式，造成程序的過(guò)度耦合。

(2)如果窗體中有很多組件，組件要添加注冊(cè)監(jiān)聽(tīng)，則在代碼中看到很多重復(fù)注冊(cè)監(jiān)聽(tīng)的代碼，而這些注冊(cè)監(jiān)聽(tīng)的代碼都與界面本身設(shè)計(jì)無(wú)關(guān)，組件與事件之間的映射關(guān)系將會(huì)很混亂。

(3)事件處理方法定義在別的類(lèi)中，無(wú)法得到窗體及其組件的引用，只能得到事件源，而無(wú)法改變其他組件的狀態(tài)；或者把事件處理與窗體設(shè)計(jì)放在一起，這樣程序的可維護(hù)性又不好。

(4)不利于代碼重用，基于MVC的思想，應(yīng)該把事件處理方法分離出來(lái)；在需要修改事件處理代碼時(shí)，就無(wú)需修改界面本身的源代碼。

2 圖形用戶界面設(shè)計(jì)的改進(jìn)

2.1 控制反轉(zhuǎn)（IOC）

IOC就是控制反轉(zhuǎn)[3]（Inversion of Control）的縮寫(xiě)，也稱為依賴注入，控制反轉(zhuǎn)IOC是一種用于控制業(yè)務(wù)對(duì)象之間依賴關(guān)系的機(jī)制，將其設(shè)計(jì)的類(lèi)與類(lèi)之間的關(guān)系都交由外部容器進(jìn)行管理，僅需調(diào)用類(lèi)在容器中注冊(cè)的名字就可以得到類(lèi)的實(shí)例，有效降低了業(yè)務(wù)對(duì)象之間的依賴程度，實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)對(duì)象之間的松散耦合。
IOC的實(shí)際意義就是把組件之間的依賴關(guān)系（調(diào)用關(guān)系）反轉(zhuǎn)出來(lái)，對(duì)象之前的依賴關(guān)系用xml配置文件描述；這樣，各個(gè)組件之間就不存在硬編碼的關(guān)聯(lián)，任何組件都可以最大程度地得到重用。
考慮如下接口和類(lèi)的定義：
public interface ICar{void operate();}
public class Toyota implements ICar{…}
public class Honda implements ICar{…}
public class Driver{
private ICar car;
public void setCar(ICar car){this.car = car;}
public ICar getCar(){return car;}
public void drive(){car.operator();}
}

類(lèi)Driver依賴于ICar，而類(lèi)Toyota和Honda實(shí)現(xiàn)了接口ICar，即類(lèi)Driver可以依賴于Toyota或Honda。
運(yùn)用了IOC模式后就不再需要自己管理組件之間的依賴關(guān)系，只需要聲明由xml配置文件描述去實(shí)現(xiàn)這種依賴關(guān)系，就好像把對(duì)組件之間的依賴關(guān)系的控制進(jìn)行了倒置，不再由組件自己來(lái)建立這種依賴關(guān)系而是交給xml配置文件去管理。

2.2 設(shè)計(jì)的改進(jìn)

在改進(jìn)的GUI編程中，把窗體中組件的創(chuàng)建、組件的外觀設(shè)置和組件觸發(fā)事件時(shí)執(zhí)行什么方法，不是以硬編碼的方式組合在一起，而是通過(guò)配置文件來(lái)配置。這樣開(kāi)發(fā)人員無(wú)須關(guān)心組件的創(chuàng)建、組件的樣式設(shè)置、事件的監(jiān)聽(tīng)與實(shí)現(xiàn)，只需要設(shè)置相應(yīng)的get、set方法來(lái)存取組件、屬性等，事件處理方法能在任意類(lèi)中實(shí)現(xiàn)，方法名可以自定義，并且在其他類(lèi)中能夠得到窗體對(duì)象及其組件的引用。當(dāng)組件的樣式發(fā)生改變時(shí)，只需改動(dòng)配置文件即可。

該改進(jìn)設(shè)計(jì)通過(guò)配置文件，并利用控制反轉(zhuǎn)和Java反射機(jī)制得以實(shí)現(xiàn)，這就需要有框架和良好的設(shè)計(jì)。

3 框架運(yùn)行機(jī)理

框架中各組成部分在運(yùn)行過(guò)程中的調(diào)用關(guān)系如圖1所示。

當(dāng)程序入口啟動(dòng)時(shí)，框架解析bean-config.xml文件；組件工廠類(lèi)根據(jù)xml配置文件創(chuàng)建各種組件對(duì)象；組件外觀設(shè)置類(lèi)查找xml文件為每個(gè)組件設(shè)置相應(yīng)的外觀；事件監(jiān)聽(tīng)器類(lèi)查找xml文件為每個(gè)組件添加對(duì)應(yīng)的事件監(jiān)聽(tīng)器；事件執(zhí)行類(lèi)查找xml文件為每個(gè)組件設(shè)置事件觸發(fā)時(shí)執(zhí)行的方法；最后還需要一個(gè)保存窗體對(duì)象的類(lèi)。